畢業(yè)設(shè)計(jì)---中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題　　目：中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) </p><p>　　系 （部）： 機(jī)電控制工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造08級（1）班 </p><p>　　中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)&

2、lt;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人用于污染的中央空調(diào)管道的清潔，整體結(jié)構(gòu)主要由行走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機(jī)構(gòu)又分為驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪系統(tǒng)兩部分。驅(qū)動方式為單電機(jī)驅(qū)動機(jī)器人前軸。在清掃之前，通過調(diào)整支撐臂上的螺釘來調(diào)節(jié)兩個導(dǎo)向輪的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。<

3、/p><p>　　清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷由氣動馬達(dá)驅(qū)動,與氣動馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。</p><p>　　清潔過程中，通過監(jiān)視系統(tǒng)可以方便的對清掃情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，

4、當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時可以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。</p><p>　　關(guān)鍵字： 中央空調(diào)管道，清潔機(jī)器人，馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)刷</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 概 述1</b></p><p>　　1.1課題的背景及意義1</p><

5、;p>　　1.2機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢2</p><p>　　1.2.1國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人2</p><p>　　1.2.2中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.3 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)3</p><p>　　第二章 中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1工作

6、原理及組成4</p><p>　　2.2機(jī)器人設(shè)計(jì)原則5</p><p>　　2.3 整體方案選擇6</p><p>　　第三章 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)8</p><p>　　3.1.1電機(jī)的選擇8</p><p>　　3.1.2傳動齒輪的設(shè)計(jì)9&

7、lt;/p><p>　　3.1.3傳動軸的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2導(dǎo)向輪系統(tǒng)17</p><p>　　3.2.1導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理17</p><p>　　3.2.2電機(jī)的選取17</p><p>　　3.2.3傳動帶的選擇18</p><p>　　3.2.4導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)20&l

8、t;/p><p>　　第四章 清掃機(jī)構(gòu)23</p><p>　　4.1清掃方案確定23</p><p>　　4.2旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件24</p><p>　　4.3構(gòu)件的選擇24</p><p>　　4.3.1氣動馬達(dá)的選擇24</p><p>　　4.3.2旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì)26</p

9、><p>　　第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)28</p><p>　　5.1攝像頭的選擇28</p><p>　　5.2攝像頭的固定和調(diào)整28</p><p><b>　　5.3監(jiān)視器29</b></p><p>　　5.4照明裝置29</p><p>　　5.5灰塵收集裝置

10、30</p><p>　　第六章 總 結(jié)32</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)33</p><p><b>　　謝 辭32</b></p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　1.1課題的背景及意義</p><p>

11、　　隨著當(dāng)今社會的發(fā)展，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。中央空調(diào)系統(tǒng)主宰著樓宇中空氣的新陳代謝，被稱為“建筑物之肺”。中央空調(diào)管道在長期使用中會積累許多灰塵、病菌及放射物等，這些有害物質(zhì)在送風(fēng)過程中便污染了空氣，長期被人體吸入，就會危害大眾的健康。因此人們在迫切要求提高生活質(zhì)量的同時，要求提高工作居住場所及其他公共場所環(huán)境質(zhì)量(特別是空氣質(zhì)量)的呼聲也越來越急切。</p><p>　　國外發(fā)達(dá)國家

12、由于很早以前便應(yīng)用了眾多的中央空調(diào)系統(tǒng)，針對空氣質(zhì)量對人身健康的危害，國外民眾有比較深刻的認(rèn)識(1976年美國費(fèi)城的軍團(tuán)菌大爆發(fā)，事后認(rèn)定其傳染源就是該市某會場內(nèi)的中央空調(diào))。國外衛(wèi)生機(jī)構(gòu)相繼出臺了較為嚴(yán)密的中央空調(diào)使用及清洗法規(guī)，如:美國國家風(fēng)管清洗協(xié)會制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《暖通空調(diào)系統(tǒng)的評估、清洗和修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)}) C ACR2002版)和日本制定的《日本風(fēng)道清洗協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》CI990版)及芬蘭新頒布的法律要求賓館、飯店、洗衣房、工業(yè)加工產(chǎn)

13、生粉塵物質(zhì)的通風(fēng)系統(tǒng)，每年清潔一次;醫(yī)院、學(xué)校等每5年一次。類似的法律可以預(yù)見將在世界各地實(shí)施。目前發(fā)達(dá)國家均成立有中央空調(diào)風(fēng)管清洗協(xié)會，如:國際通風(fēng)衛(wèi)生評議會(TCVH)、美國風(fēng)道清洗協(xié)會(NADCA ) 、歐洲風(fēng)道清洗協(xié)會(EVHA)、英國風(fēng)道清洗協(xié)會(HVCA)舊本風(fēng)道清洗協(xié)會(JADCA)等，國外的集中空調(diào)的風(fēng)道清洗己經(jīng)形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　國內(nèi)有超過500萬個各類中央空調(diào)需要清洗保

14、養(yǎng)，而且每年正在以10%的速度遞增，這些中央空調(diào)大部分運(yùn)行了20年以上卻從未清洗。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量所帶來的危害越來越重視，尤其是2003年“非典”疫情的傳播，已使人們對中央空調(diào)帶來的疾病隱患有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識。為了保障公眾健康，2006年3月1日，衛(wèi)生部制定并實(shí)施了《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法》，中央空調(diào)的衛(wèi)生問題得到了前所未有的關(guān)注，對空調(diào)管道進(jìn)行定期清洗勢在必行。</p><p&g

15、t;　　因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國一個新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對中央空調(diào)清潔機(jī)器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會價值和商業(yè)價值。</p><p>　　1.2機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過一個計(jì)算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息

16、，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個點(diǎn)焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，

17、比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。 </p><p>　　那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只

18、是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。</p><p>　　1.2.1國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人</p><p>　　清華大學(xué)精儀系機(jī)器人及其自動化研究室與解放軍工程質(zhì)量監(jiān)督總站合作，于2004年成功解決了管道清污移動操作機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，研制出通風(fēng)管道智能清污機(jī)器人MDCR

19、-I。與國外同類清掃機(jī)器人相比，MDCR-I集探測、清掃、吸塵、消毒噴霧多功能于一體，具有基于多傳感器信息的手動遙操作控制和智能化自主行駛功能，可實(shí)現(xiàn)各種圓形和矩形截面尺寸管道內(nèi)的智能化清潔與消毒作業(yè)。上海東華大學(xué)自行研制的“自主變位四履帶足機(jī)器人”在傳動上獨(dú)樹一幟，其在任何管道中的運(yùn)動性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了進(jìn)口產(chǎn)品，并擁有了國家專利。</p><p>　　1.2.2中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢</p>

20、<p>　　中央空調(diào)清潔機(jī)器人比較常見的可分為輪式、腿式、履帶式清潔機(jī)器人，它們能清潔掉管道內(nèi)的大部分贓物，但有些偏僻的死角依然無法解決，隨著科技工作們的深入研究，中央空調(diào)清潔機(jī)器人已經(jīng)擺脫了簡單的控制和清理工作，控制系統(tǒng)將越來越智能化，操作方法也越來越方便、簡單，朝著高自動化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)

21、一個中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人，要求機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動作，能高效地完成管道內(nèi)的清污工作。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：</p><p>　?。?）了解中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的基本知識。</p><p>　?。?）進(jìn)行管道清潔機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及其零部件設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)原始參數(shù)

22、：</p><p>　　1）機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定的曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動作。</p><p>　　2）機(jī)器人的尺寸大?。?lt;/p><p>　　高度范圍：170—400mm</p><p>　　長度范圍：310—780mm</p><p>　　寬度范圍：300—800mm</p>&

23、lt;p>　　3）機(jī)器人的運(yùn)動速度為4—12m/min</p><p>　　4）可以實(shí)現(xiàn)局部最大爬坡能力 5）管內(nèi)越障2mm 6）最大行程150m</p><p>　　第二章 中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1工作原理及組成</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人（如圖2-1）用于污染的中央空調(diào)管道的清潔，整體結(jié)構(gòu)

24、主要由行</p><p>　　圖2-1中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人</p><p>　　走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機(jī)構(gòu)又分為驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪系統(tǒng)兩部分。驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如圖2-2）所示，驅(qū)動方式為單電機(jī)驅(qū)動機(jī)器人前軸。在清掃之前，通過調(diào)整支撐臂上的螺釘來調(diào)節(jié)兩個導(dǎo)向輪（如圖2-3）的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相

25、同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時針旋轉(zhuǎn)），其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力F向機(jī)器人中心偏移，簡化成牽引力F，及順時針的扭矩M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃系統(tǒng)的核心工作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動馬達(dá)驅(qū)動,與氣動馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝

26、置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的管道,不會對管道壁造成損</p><p>　　目前全國共有上百萬臺中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國內(nèi)市場上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

27、簡單,自動化程度高,適用范圍廣,成本較低,對促進(jìn)我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。</p><p>　　2.2機(jī)器人設(shè)計(jì)原則</p><p>　　（1）最小運(yùn)動慣量原則：由于機(jī)器人運(yùn)動部件多，運(yùn)動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動，采用最小運(yùn)動慣量原則，可增加機(jī)器人運(yùn)動平穩(wěn)性，提高機(jī)器人動力學(xué)特性。為此，在設(shè)計(jì)時應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提

28、下，盡量減小運(yùn)動部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。</p><p>　?。?）尺度規(guī)劃優(yōu)化原則 ：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時，通過尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機(jī)器人剛度的提高，使運(yùn)動慣量進(jìn)一步降低。</p><p>　?。?）高強(qiáng)度材料選用原則：由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。

29、 （4）剛度設(shè)計(jì)的原則：機(jī)器人設(shè)計(jì)中，剛度是比強(qiáng)度更重要的問題，要使剛度最大，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。   （5）可靠性原則：機(jī)器人因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性。可以通過概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過

30、系統(tǒng)可靠性綜合方法評定機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性。   （6）工藝性原則：機(jī)器人是一種高精度、高集成度的自動機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致機(jī)器人性能的降低和成本的提高。</p><p>　　2.3 整體方案選擇 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)的主要難題是機(jī)器人的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制，為此兩個比較成

31、熟的方案：</p><p>　　方案一：雙電機(jī)各驅(qū)動機(jī)器人兩個前輪，工作人員通過攝像頭觀察機(jī)器人在管道中的運(yùn)行情況，適時調(diào)整兩電機(jī)的速度，對機(jī)器人進(jìn)項(xiàng)轉(zhuǎn)向控制。</p><p>　　方案二：單電機(jī)驅(qū)動機(jī)器人的前軸，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個導(dǎo)向輪系統(tǒng)，兩個導(dǎo)向輪的角度可調(diào)。清掃管道之前，調(diào)整兩個導(dǎo)向輪之間的橫向距離比管道寬度略窄，以大小相同方向相反的轉(zhuǎn)速與機(jī)器人驅(qū)動輪同時啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)

32、動線速度比驅(qū)動輪線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管壁時，導(dǎo)向輪的切向力和電機(jī)的牽引力的合力會迫使機(jī)器人轉(zhuǎn)向，從而保證機(jī)器人始終運(yùn)行在管道的中央并能完成自動轉(zhuǎn)向。</p><p>　　相比較而言，方案一結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，但兩電機(jī)的速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動的同步度不好控制，而且對工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動強(qiáng)度較大，機(jī)器人的自動化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個創(chuàng)新，提高了機(jī)器人的

33、智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動系統(tǒng)稍微復(fù)雜一些。</p><p>　　綜合考慮這兩個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用方案二。</p><p>　　另外本次設(shè)計(jì)采用輪式機(jī)構(gòu)傳輸，輪外部采用橡膠制履帶，工業(yè)橡膠與管道的摩擦系數(shù)為0.8，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的5.8倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的4.7倍。</p><p>　　圖2-2驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意

34、圖</p><p>　　圖2-3導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第三章 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)</p><p>　　驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如圖2-2）所示，根據(jù)任務(wù)書的要求機(jī)器人在管道中的前進(jìn)速度為4—12m/min，即速度在0.067—0.2m/s之間。根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步估計(jì)機(jī)器人小車的尺寸：</p>&l

35、t;p><b>　　長寬高=</b></p><p>　　3.1.1電機(jī)的選擇</p><p>　　（1）根據(jù)外形尺寸，估計(jì)機(jī)器人的總質(zhì)量M</p><p>　　M=箱體質(zhì)量+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量+機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)質(zhì)量+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量+導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)質(zhì)量+傳輸線質(zhì)量+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量。大體估計(jì)總重為15kg。</p><p>　　

36、（2）計(jì)算驅(qū)動機(jī)器人所需要的牽引力F</p><p>　　F=履帶輪摩擦力+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力，據(jù)估計(jì)牽引力大小在125N左右</p><p><b>　?。?）電機(jī)的選取</b></p><p>　　小型減速電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比較符合該機(jī)器人的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用。</p><p>　

37、　初選減速交流電機(jī)，型號：70YN15-2的減速單相電容可逆電動機(jī)，生產(chǎn)廠家江蘇無錫紅湖電機(jī)有限公司。電動機(jī)的性能參數(shù)如下：</p><p>　　輸出功率：P=20W；電壓：U=220V；頻率：f=50HZ；</p><p>　　電流：I=0.35A；輸出轉(zhuǎn)速：20r/min；允許負(fù)載：F=5Nm</p><p>　　外形尺寸如（圖3-1）：</p>

38、<p>　　圖3-1驅(qū)動電機(jī)的外形尺寸</p><p>　　3.1.2傳動齒輪的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)如下：</b></p><p>　　初選車輪直徑d=110mm，由車的前進(jìn)速度0.1m/s得第二級齒輪轉(zhuǎn)速：</p><p><b>　　則傳動比： </b>&l

39、t;/p><p><b>　　u=</b></p><p>　?。?）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>　　1）由選定的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動</p><p>　　2）管道清潔機(jī)器人速度和扭矩不大，故選用7級精度（GB-10095-88）</p><p>　　3）材料選擇：由

40、參考書[1]表10-1選擇大小齒輪皆為40Cr調(diào)制淬火硬度為241-256HBS或48-55HRC</p><p>　　選用小齒輪數(shù)和大齒輪數(shù)</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　?。?）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p>

41、<p>　　由參考書[1]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即</p><p><b>　　（3.2）</b></p><p>　　式中：....小齒輪分度圓直徑；</p><p><b>　　….載荷系數(shù)；</b></p><p>　　…..小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；</p>&

42、lt;p><b>　　….齒寬系數(shù)；</b></p><p><b>　　…..傳動比；</b></p><p><b>　　…彈性影響系數(shù)；</b></p><p>　　…接觸疲勞許用應(yīng)力。</p><p>　　1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值</p><

43、p><b>　?、僭囘x載荷系數(shù)</b></p><p>　?、谟?jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩</p><p>　?、塾蓞⒖紩鳾1]表10-7選取齒寬系數(shù)</p><p>　　④由參考書[1]表10-6查德材料的彈性影響系數(shù)</p><p>　?、萦蓞⒖紩鳾1]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲

44、勞強(qiáng)度極限。其中：=1090MPa，=1090MPa。</p><p>　　⑥由參考書[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， </p><p><b>　　，。</b></p><p>　?、哂蓞⒖紩鳾1]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)， =1.14，=1.14</p><p>　?、嘤?jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p&

45、gt;<p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由參考書[1]式（10.12）得</p><p><b>　　2）計(jì)算</b></p><p>　?、儆?jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值=30</p><p><b>　?、谟?jì)算圓周速度v</b></p><p>　?、塾?jì)算齒寬b

46、 已知 可得</p><p>　　④計(jì)算齒寬與齒高之比：已知模數(shù)，齒高得：=15/2.8125=5.33</p><p><b>　?、萦?jì)算載荷系數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)v=0.314m/s，7級精度，由參考書[1]圖10-8查得動載系數(shù)</p><p>　　直齒輪，假設(shè)。由參考書[1]表10.3查得&

47、lt;/p><p>　　由參考書[1]表10-2查得使用系數(shù)</p><p>　　由參考書[1]表10-4查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時：</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入后得：</b></p><p>　　由參考書[1]圖10-13查得則有載荷系數(shù)</p><p>　?、薨磳?shí)際載荷系

48、數(shù)校正所得的分度圓直徑由參考書[1]式（10-10a）得：</p><p>　　=30 =30.517</p><p><b>　?、哂?jì)算模數(shù)m </b></p><p>　　(3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：</p><p>　　由參考書[1]式（10-5）得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：</p><p>&l

49、t;b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中：m....代表齒輪模數(shù)</p><p>　　k....代表載荷系數(shù)</p><p><b>　　…小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　…齒寬系數(shù)</b></p><p>　　1)確定

50、公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值</p><p>　?、儆蓞⒖紩鳾1]圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　　大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　　②由參考書[1]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：</p><p>　?、塾?jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由參考書[1

51、]式10-12得</p><p><b>　　④計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p><b>　?、莶榈谬X形系數(shù)</b></p><p>　　由參考書[1]表10-5查得： </p><p><b>　?、薏榈脩?yīng)力校正系數(shù)</b></p><p>　

52、　由參考書[1]表10-5查得： </p><p>　　⑦計(jì)算大小齒輪的并加以比較</p><p>　　可知小齒輪的數(shù)值大。</p><p><b>　　2）設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　對此計(jì)算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算模數(shù)的數(shù)值，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度

53、所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒面直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù)1.213，可就近圓正為1.3，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)取20，大齒輪齒數(shù)。</p><p>　　這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。</p><p><b>　?。?）計(jì)算幾何

54、尺寸</b></p><p>　　1）計(jì)算分度圓直徑：</p><p><b>　　2）計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　?。?/p>

55、5）演算：</b></p><p><b>　　，合適。</b></p><p>　　通過以上方案設(shè)計(jì)初選車輪直徑d=110mm，第二級齒輪轉(zhuǎn)速N=0.29r/s，傳動比u=1.15。</p><p>　　3.1.3傳動軸的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）求出輸出軸上的功率P轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T</p>

56、<p>　　已知：傳遞功率， 轉(zhuǎn)速n=0.29r/s </p><p>　　扭矩T=9550000</p><p>　?。?）求作用在齒輪上的力</p><p>　　因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為</p><p><b>　　圓周力</b></p><p><b>　　徑

57、向力</b></p><p>　?。?）初步確定軸的最小直徑：</p><p>　　先按參考書[1] 式（15-2）初步估算軸的最小直徑選軸的材料,由參考書[1]表（15-1）選35SiMn調(diào)質(zhì)處理，毛坯直徑此種材料的機(jī)械特性硬度299-286HBS。</p><p>　　根據(jù)參考書[1]表（15-3）取A</p><p><

58、;b>　　則</b></p><p>　　又軸端安裝車輪需用鍵槽應(yīng)擴(kuò)大7%-8%</p><p>　　故）=7.83，圓正為8mm。</p><p>　　軸的具體尺寸設(shè)計(jì)見（圖3-2）。</p><p><b>　　圖3-2齒輪軸</b></p><p>　?。?）按彎矩合成應(yīng)力

59、校核軸的強(qiáng)度</p><p><b>　　1）計(jì)算各力的大小</b></p><p>　　由估算的車的重量和阻力得</p><p><b>　　,,。</b></p><p><b>　　由力矩平衡得 </b></p><p><b>　　，&

60、lt;/b></p><p>　　2）畫彎矩,扭矩圖（如圖3-3）所示。</p><p><b>　　3）校核軸的強(qiáng)度</b></p><p>　　已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面做彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力，其公式為。</p><p>　　通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由

61、扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對稱循環(huán)便應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為 （式中）</p><p>　　圖3-3軸彎矩、扭矩圖</p><p>　　對于直徑為d的圓周，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入上式，則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p

62、>　　式中：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa</p><p>　　M軸所受的彎矩，單位為N·mm</p><p>　　T軸所受的扭矩，單位為N·mm</p><p>　　W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm，計(jì)算公式見參考書[1]表15-4</p><p>　　對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，其值可按參考書[1]表15-1選用

63、經(jīng)計(jì)算得。故經(jīng)校核該設(shè)計(jì)可用。</p><p>　　前軸和后軸相比除沒有齒輪外可選用相同的尺寸，因?yàn)楹筝S承受了主要的彎矩力矩，軸經(jīng)校核符合要求，前軸也應(yīng)符合要求。</p><p><b>　　4）軸承的選擇</b></p><p>　　由于滾動軸承與滑動軸承相比，具有①摩擦阻力矩較??；②徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較高；③結(jié)構(gòu)緊湊簡單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主

64、要須傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球軸承。</p><p>　　根據(jù)軸徑選取型號：兩對型號為100的深溝球軸承。</p><p><b>　　3.2導(dǎo)向輪系統(tǒng)</b></p><p>　　3.2.1導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理</p><p>　　為控制機(jī)器人在管道中前進(jìn)方向，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個導(dǎo)向輪。在清掃之前，調(diào)

65、整支撐臂上的螺釘來控制兩個導(dǎo)向輪的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時針旋轉(zhuǎn)），其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大（如圖3-4）。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力F向機(jī)器人中心偏移，簡化成牽引力F，及順時針的扭矩M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。在此處可以仿照汽車的機(jī)構(gòu)—后輪采用差動裝置，這樣可以

66、更方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。但考慮到這樣會使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，同時增加車重，會帶來一系列的問題。最重要的是，設(shè)計(jì)的機(jī)器人質(zhì)量較輕，并且行進(jìn)速度不高。這樣完全可以旨在導(dǎo)向輪的輔助作用下即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。</p><p>　　3.2.2電機(jī)的選取</p><p>　　因已知導(dǎo)向輪輸出線速度比驅(qū)動輪線速度0.1m/s稍大，暫定0.12m/s，導(dǎo)向輪直徑暫定66mm，帶的傳動比為2，則電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為86.86r/m

67、in。</p><p>　　在此選用小型交流減速電機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價格低，且購買方便。通過網(wǎng)上查詢并對它的輸出轉(zhuǎn)距，輸出轉(zhuǎn)速，以及安裝尺寸進(jìn)行比較，再次用北京臺立偉成機(jī)電有限公司的電機(jī)，型號為2IK6A-C。電動機(jī)的性能參數(shù)和尺寸如表3-1：</p><p>　　表3-1電機(jī)性能參數(shù)</p><p>　　圖3-4機(jī)器人在管道中前進(jìn)示意圖</p>

68、;<p>　　3.2.3傳動帶的選擇</p><p>　　3.2.3.1傳動方案的確定</p><p>　　由于驅(qū)動電機(jī)與導(dǎo)向輪是遠(yuǎn)距離傳動，所以采用傳動帶，并且?guī)鲃泳哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，且造價低廉，不需要潤滑，維護(hù)容易等特點(diǎn)。</p><p>　　平帶雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是尺寸較大，最小尺寸系列的平帶的最小帶輪直徑為112mm，所以不合適

69、。</p><p>　　雖然輕型V帶系列，尺寸小，傳動功率大，但是它適合傳動中高速轉(zhuǎn)速，即小帶輪轉(zhuǎn)速在100—5000r/min之間。而所設(shè)計(jì)的減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為50r/min，雖然傳遞功率并不大，但是由于轉(zhuǎn)速太低，帶所傳遞的力就很大，那么所選帶的型號就大，根數(shù)也多，所以也不合適。</p><p>　　因此選擇了圓弧齒同步帶（HTD）,它能在低速下傳遞較大功率，預(yù)緊力小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且它的

70、耐磨性好，工作時噪音小，不需要潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境，已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3.2.3.2帶的尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　由參考書[2]中表36.1-71同步帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下：</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)功率Pd</b></p><p>

71、;　　Pd=KAP=1.00.006kw=0.006kw, 其中工況系數(shù)KA=1.0</p><p>　　2)選帶型和節(jié)距Pb</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pb和小帶輪轉(zhuǎn)速n1=50r/min, 由參考書[2]圖36.1-22選帶型5M節(jié)距Pb=5mm</p><p>　　3)小帶輪齒數(shù)Z1和節(jié)圓直徑dP</p><p>　　由Z1（由參

72、考書[2]表36.1-81查得），選取Z1=15</p><p><b>　　dP==</b></p><p>　　4)確定大齒輪齒數(shù)Z2和節(jié)圓直徑dP</p><p><b>　　Z=iZ2</b></p><p><b>　　5)帶速v</b></p><

73、;p><b>　　6)初定軸間距a</b></p><p><b>　　a=182mm</b></p><p>　　7)帶長L及其齒數(shù)Z</p><p>　　查表取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長480mm,齒數(shù)Z=30</p><p><b>　　8）實(shí)際軸間距a</b></p>

74、<p>　　當(dāng)軸間距不可調(diào)整時，</p><p>　　根據(jù)已知條件：a=可算出</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=172.48</b></p><p><b>　　9）帶寬bs</b></p><p>

75、　　已知各種帶型的基準(zhǔn)寬度如表3-2所示：</p><p>　　表3-2各種帶型的基準(zhǔn)寬度</p><p>　　因所選帶型為5M，則基準(zhǔn)寬度b=9mm</p><p>　　由參考書[2]公式36.1-7計(jì)算得，bs=9mm</p><p>　　3.2.4導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.4.1帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸&

76、lt;/p><p>　　由由參考書[2]表36.1-90知圓弧齒同步帶帶輪尺寸如（表3-3）：（單位：mm）</p><p>　　表3-3圓弧齒同步帶帶輪尺寸</p><p>　　為了方便加工，導(dǎo)向輪應(yīng)該是簡單的圓柱形。同時為了增大摩擦力，適當(dāng)增大其高度（15mm）及直徑（5mm），加工好之后再在導(dǎo)向輪外面纏上一層工業(yè)橡膠。</p><p>　　

77、3.2.4.2傳動軸的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了減輕尺寸及重量，可以選擇軸的材料選用40Cr。</p><p><b>　?。?）初選軸徑</b></p><p>　　由于軸為傳動軸，主要受轉(zhuǎn)距，受很小的彎矩，所以利用根據(jù)按轉(zhuǎn)距計(jì)算軸徑的計(jì)算公式，由參考書[2]中表20-10知：</p><p>　　對于實(shí)心軸：

78、 </p><p>　　d （3.5）</p><p>　　式中： P…軸的輸出功率</p><p><b>　　N…軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　A…與軸材料及其相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力有關(guān)的設(shè)計(jì)系數(shù)，選取A=1058（由參考書[2]表20-11查得），計(jì)算得：d。取d=14m

79、m（由下面軸承安裝尺寸dmin=12.4mm求得）</p><p><b>　　（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于傳動軸較短，帶輪尺寸很小，帶輪的軸向及周向固定很不方便，所以決定將帶輪、導(dǎo)向輪及軸作成一體，如圖3-5。</p><p><b>　　圖3-5傳動軸尺寸</b></p><p&

80、gt;　　3.2.4.3軸承選擇</p><p>　　根據(jù)軸徑d選取軸承號為6000的深溝球軸承，其中軸承內(nèi)圈通過軸向固定，軸向固定通過與軸過盈配合。外圈與軸承孔過盈配合進(jìn)行軸向固定，軸向固定通過端蓋實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　第四章 清掃機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃機(jī)構(gòu)的核心工

81、作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動馬達(dá)驅(qū)動,與氣動馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的管道,不會對管道壁造成損傷;鋼刷適用于各種鋼管;不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳

82、合金管道;銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。此外應(yīng)注意的一個問題是：旋轉(zhuǎn)刷在轉(zhuǎn)動時，管道上部的灰塵會在旋轉(zhuǎn)刷的的帶動下飛向前方，而管道下方的灰塵則會飛向機(jī)器人本身。為此可以在機(jī)器人的下部安裝一臺吹風(fēng)機(jī)將灰塵吹向前方，但考慮到這樣會使機(jī)器人的重量加大，這樣會帶來一系列問題，比如：會增大驅(qū)動氣動馬達(dá)的功率，從而加大了車重和車的尺寸，這樣做。是得不償失的，因此我決定在管道的另一端裝上灰塵收集裝置（即一個大的抽風(fēng)機(jī)），這樣就可以將灰塵都吸走。從而

83、解決了以上的問題。</p><p><b>　　4.1清掃方案確定</b></p><p>　　為了提高清掃的質(zhì)量，系統(tǒng)可以采用左右擺動或上下擺動。當(dāng)采用上下擺動時，可以采用四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)或不完全齒。</p><p>　　當(dāng)采用左右擺動時，則須在支撐桿上加上一個支桿，并須用球鉸鏈聯(lián)接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。同時在支撐桿上鉆孔安裝鉸鏈會對桿產(chǎn)生削弱。此

84、外如想改變旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的高度也不易實(shí)現(xiàn)，故不采用此結(jié)構(gòu)。</p><p>　　此兩種方案設(shè)計(jì)出來的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，鑒于目前所學(xué)知識限制，我設(shè)計(jì)了一個比較簡單的清掃方案，即在氣動馬達(dá)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)刷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，對管道進(jìn)行清洗。</p><p>　　4.2旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件</p><p>　　旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的主要構(gòu)件有氣動馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)刷、支架、夾具、螺管等。結(jié)構(gòu)簡圖如圖

85、4-1所示：</p><p>　　圖4-1旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)簡圖</p><p><b>　　4.3構(gòu)件的選擇</b></p><p>　　4.3.1氣動馬達(dá)的選擇</p><p>　　氣動馬達(dá)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動機(jī)，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力裝置。</p><p>　

86、　各類型式的氣馬達(dá)盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理有區(qū)別，但大多數(shù)氣馬達(dá)具有以下特點(diǎn)： </p><p>　?。?）可以無級調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。便可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。</p><p>　?。?）能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣馬達(dá)只要簡單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)、排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的

87、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時換向。在正反向轉(zhuǎn)換時，沖擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進(jìn)氣方向，便可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負(fù)荷。 </p><p>　?。?）工作安全，不受振動、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振

88、動、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。 （4）有過載保護(hù)作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障?？梢蚤L時間滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫升較小。 </p><p>　?。?）具有較高的起動力矩，可以直接帶載荷起動。起動、停止均迅速。可以帶負(fù)荷啟動。啟動、停止迅速。 </p><p>　　（6）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬

89、。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直到每分鐘萬轉(zhuǎn)。</p><p>　　（7）操縱方便，維護(hù)檢修較容易 氣馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，馬力大，操縱容易，維修方便。 </p><p>　?。?）使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染 壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送 </p><p>　　由于氣馬達(dá)具有以上諸多特點(diǎn)，故它可

90、在潮濕、高溫、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工作。除被用于礦山機(jī)械中的鑿巖、鉆采、裝載等設(shè)備中作動力外，船舶、冶金、化工、造紙等行業(yè)也廣泛地采用。 因?yàn)闅鈩玉R達(dá)結(jié)構(gòu)比較簡單，使用氣動馬達(dá)可以使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)刷結(jié)構(gòu)簡化，經(jīng)過選擇比較，我決定選取葉片式氣動馬達(dá)。葉片式氣動馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)： （1）保證迅速的啟動； （2）非常簡單的調(diào)節(jié)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速； （3）過載停轉(zhuǎn)不會被損壞； （4）設(shè)計(jì)簡單，長壽命，低價格；

91、 （5） 瞬時逆轉(zhuǎn)； （6）可以無油操作</p><p>　　經(jīng)過網(wǎng)上查詢，我決定選取溫州博泰機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的氣動馬達(dá)，他們生產(chǎn)的氣動馬達(dá)主要有以下幾種型號:</p><p>　　表4-1氣動馬達(dá)型號</p><p>　　經(jīng)過選擇，我決定采用TMY010型號的氣動馬達(dá)，其三維立體圖如圖4-2所示。</p><p><b&g

92、t;　　圖4-2氣動馬達(dá)</b></p><p>　　4.3.2旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)的清掃刷的示意圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3清掃刷的示意圖</p><p>　　圖中表示了清掃刷的左右兩半部分，中間空的地方是連接氣動馬達(dá)的。其中，刷子的兩個端面部分的刷毛做成弧狀是為了能夠更徹底的清掃，此外，在

93、兩端刷子對應(yīng)氣動馬達(dá)伸出軸上圓周的位置可設(shè)計(jì)出對應(yīng)的安裝開口銷的銷釘口以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刷與氣動馬達(dá)的連接。</p><p>　　第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)</p><p><b>　　5.1攝像頭的選擇</b></p><p>　?。?）目前，市場上的主流攝像頭使用的感光元件主要有CCD和CMOS兩種。CCD是應(yīng)用在攝影、攝像方面的高端元素技術(shù)，采用CCD

94、感光元件的攝像頭在各方面的性能都不錯，具有成像靈敏度高、抗震動、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但價格較貴。CMOS則主要應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但CMOS攝像頭對光源要求高。</p><p>　?。?）現(xiàn)在市場上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和USB接口三種。</p><p>　　通過對工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，決定采用GS-388彩色數(shù)碼攝像機(jī)

95、，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)。</p><p>　　5.2攝像頭的固定和調(diào)整</p><p>　　由于所清掃管道的高度變化范圍很大，所以需要方便的調(diào)整攝像頭的高度。本設(shè)計(jì)采用攝像頭螺管與機(jī)器人基座螺紋連接，并用緊定螺釘壓緊，根據(jù)需要靈活可靠的調(diào)整攝像頭及照明系統(tǒng)的高度。另外攝像頭、照明系統(tǒng)、支架用緊定螺釘固定，可以</p><p><b>

96、;　　圖5-1攝像頭</b></p><p>　　旋松螺釘，對攝像頭及照明系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角的調(diào)整，再擰緊固定，也能很方便可靠的根據(jù)需要調(diào)整視角范圍，如圖5-1所示。</p><p><b>　　5.3監(jiān)視器</b></p><p>　　采用10英寸彩色視頻監(jiān)視器，攝像頭通過并行接口方便的接在監(jiān)視器上，監(jiān)視器還具有錄像功能，記錄整個清掃

97、過程，使清掃工作有案可查。</p><p><b>　　5.4照明裝置</b></p><p>　　本方案用到的照明裝置，可以到相關(guān)的廠家購買，攝像頭主要用來觀察管道內(nèi)的情況，但因管道為封閉的，光線暗淡，其要在照明裝置——燈泡的幫助下，才可以成功的觀察管道是否清掃干凈，以便徹底清潔中央空調(diào)管道。它們用電線連接著遠(yuǎn)程的供電設(shè)備，保證它們的正常工作?？傊ㄟ^監(jiān)視系統(tǒng)可以方

98、便的對清掃情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時可以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。</p><p><b>　　5.5灰塵收集裝置</b></p><p>　　灰塵收集裝置是與機(jī)器人分離的一個裝置，為設(shè)計(jì)方便起見，我決定采用一個大功率的抽風(fēng)機(jī)在連接里格管子通向空調(diào)管道中，在抽風(fēng)機(jī)下部再安裝一個灰塵收集的塑料兜。當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時會產(chǎn)

99、生負(fù)壓，從而將灰塵吸入塑料兜中。由于抽風(fēng)機(jī)都有現(xiàn)成的設(shè)備，因此我決定在網(wǎng)上查找有關(guān)的成品。</p><p>　　網(wǎng)上查找抽風(fēng)機(jī)（杭州春蘭電器有限公司）如圖5-2所示。其性能參數(shù)如表5-1所示。</p><p><b>　　圖5-2抽風(fēng)機(jī)</b></p><p><b>　　表5-1抽風(fēng)機(jī)參數(shù)</b></p>

100、<p><b>　　第六章 總 結(jié)</b></p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)及其論文的寫作過程中，主要進(jìn)行了以下方面的工作：</p><p>　　1.對中央空調(diào)清潔機(jī)器人的市場需求及現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)查分析，分析所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人的可用性，并制定出本次設(shè)計(jì)的基本方案；</p><p>　　2.進(jìn)行中央空調(diào)清潔機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和方案選擇；

101、</p><p>　　3．運(yùn)用CAD繪制了機(jī)器人的各部分結(jié)構(gòu)和總的裝配圖；</p><p>　　一個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文的寫作，是對我大學(xué)三年期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與大檢測。通過對清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)及論文的撰寫，我發(fā)現(xiàn)了很多以前學(xué)習(xí)過程中遺留下的問題，并通過進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)和大量資料的查閱，使我對以前所學(xué)專業(yè)課程有了更好的鞏固，并擴(kuò)大了知識面，學(xué)到了更多的知識，同時培養(yǎng)了我獨(dú)立解決問題、獨(dú)立

102、完成工作的能力。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的中央空調(diào)清潔機(jī)器人基本上實(shí)現(xiàn)了管道的清潔工作，并能記錄工作的過程方便下一次的清潔工作，但是不足的是機(jī)器人的寬度以及清潔的范圍受到了限制，而且清潔后的清潔度不是很高，仍有不少死角無法清潔，機(jī)器人的越障能力也有待提高，控制系統(tǒng)還是人為的操作，希望以后能出品類似PLC等遠(yuǎn)程控制的清潔機(jī)器人，清潔機(jī)器人的運(yùn)行越來越智能化和高自動化。</p><p>

103、<b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]崔建波．集中空調(diào)風(fēng)道清洗現(xiàn)狀與與前景分析．《清洗世界》．第20卷第9期：22-25</p><p>　　[2]李德福，空調(diào)通風(fēng)清洗規(guī)范的制定和理解．清洗世界[J]．2004，20(5)：32—34</p><p>　　[3]范林．中央空調(diào)風(fēng)管清洗改善室內(nèi)空氣品質(zhì)．《清洗世界》．第20

104、卷第4期：14—18</p><p>　　[4]毛立民．通風(fēng)除塵管道清洗機(jī)器人的開發(fā)．清洗世界．第21卷第12期：23-27</p><p>　　[1]紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第七卷）[M]. 北京高等教育出版社，1995.4</p><p>　　[2]中國冶金建設(shè)協(xié)會技術(shù)裝備委員會. 中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典[M]. 國防工業(yè)出版社，1998</p><p

105、>　　[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第一、五卷）. [M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8</p><p>　　[4] 夏晉. 淺析中央空調(diào)通風(fēng)管道的清洗. [EB/OL].http://www.wzjzw.conVarticlelview 431.htm l.2004.</p><p>　　[5]劉坤，魏華等.SARS流行期間空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)的管理. [J]. 中華醫(yī)

106、院感染學(xué)雜志2003</p><p>　　[6] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第一卷～第五卷）. [M]. 北京化學(xué)工行業(yè)出版社，1998.6</p><p>　　[7]孫桓. 機(jī)械原理（第六卷）. [M]. 北京：高等教育出版社，2001.6</p><p>　　[8]廖念釗. 互換性與技術(shù)測量（第四版）. [M]. 北京：中國計(jì)量出版社，2001.9</p&g

107、t;<p>　　[9] 王旭. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). [M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002.6</p><p>　　[10]溫建民. Pro/E 2003三維造型基礎(chǔ)教程. [M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6</p><p>　　[11]林清安. 零件裝配與產(chǎn)品設(shè)計(jì). [M]. 北京電子工業(yè)出版社，2001.9</p><p>　　[12]王文

108、斌. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. [M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002.6</p><p>　　[13]黃曉榮. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ). [M]. 北京中國電力出版社，2003.9</p><p>　　[14]機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊. [M]. 北京化學(xué)工業(yè)出版社，199715.沈孝芹.金屬結(jié)構(gòu).山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教研室，2005.6</p><p>　　[16]徐炳輝. 氣動手

109、冊. [M].上海學(xué)技術(shù)出版社，2005</p><p>　　[17]許馮平,鄧宗全. 管道機(jī)器人在彎道處通過性的研究.[M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社， 2004</p><p>　　[18]郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). [M]. 西安電子科技大學(xué)出版社.2005 </p><p>　　[19]周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì). [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.1995 </p

110、><p>　　[20]鄭笑紅. 唐道武. 機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用. [M]. 煤炭工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[21]張秀麗，鄭浩峻，趙里遙. 一種小型管道檢測機(jī)器人. 2001.10</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個過程中，得到了

111、導(dǎo)師田敬的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成。</p><p>　　通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)我明白了每個課題都是具有豐富的意義，這也使我懂得作為一名機(jī)械人員所應(yīng)該具有熟練操作的同時，也應(yīng)具備良好的資料查找篩選編排等工作的操作水平。在這次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)過程中，給我最大幫助的是我的指導(dǎo)老師，xx老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平

112、易近人的人格魅力，深深的影響著我。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！</p><p>　　同時還要感謝一起做這個課題的同學(xué)們。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間相互幫助，相互合作才使整個設(shè)計(jì)得以順利完成，感謝機(jī)電控制工程系的領(lǐng)導(dǎo)和老師對我的關(guān)心和幫助。</p><p>　　在一個多月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，我以最端正的工作態(tài)度，以最大的工作熱情投入到本次論文的寫作，對設(shè)計(jì)及論文也經(jīng)過了多次的修改，終于比較順利的